中南大学-透射电镜-高分辨显微术ppt课件.ppt

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1、高分辨电子显微术左图是薄晶带成像的情形。一束单色平行的电子波入射试样内，与试样内原子相互作用发生振幅和相位变化。当其逸出试样下表面时，成为不同于原子入射波的透射波和各级衍射波。由于试样很薄，衍射波振幅甚小透射波振幅基本上与入射波振幅相同，非弹性散射可忽略不计。衍射波与透射波振幅的相位差为π/2。相位衬度两波运动如图中的实线所示。如果物镜没有相差，且处于正焦状态，而且光阑有足够大，使透射波与衍射波一同时穿过光阑。相干结果产生的合成波如图（a）中的虚线所示，其振幅与入射波相同，只是相位位置稍许不同。由于振幅没有变，因而强

2、度不变，所以没有衬度。要想产生衬度，必须引入一个附加相位，使所产生的衍射波与透射波处于相等的或者相反的相位位置，也就是说，让衍射波沿图上的x轴向右或向左移动π/2，使其处在图（b）或图（c）实线的位置。这样，透射波与衍射波相干就会导致振幅增加或减少，如图（b）、（c）中的虚线所示，从而使强度发生变化，相位衬度得到了显示。引入附加相位位移的最常用方法是利用物镜的球差和散焦左图是球差产生相位位移示意图。从靠近物镜前焦面A点，与光轴成倾角离开试样下表面的电子束，经物镜作用后本应交物镜后焦面于C点，但由于物镜球差的缘故，使其

3、偏离原路径角，交后焦面于D点。C、D两点相距为dR。这样，由于路径的改变，出现了光程差BD-BC=Δ1导致相位移η1=(π/λ)(1/2)Csα4图是散焦引起相位位移示意图。在正焦情况下，在相平面上相交于一点的透射束和衍射束本应来自试样的同一点A，但由于散焦的缘故，衍射束却来自B点。由此，衍射束和透射束两者产生的附加光程差为Δ2=±(BC-AC)过焦为正，欠焦为负。η2=±(π/λ)(1/2)Δfα2η=η1+η2当η=（2n-1）π/2，n=0，±1，±2，…时，就可使相位差转换成振幅差，进而变成强度差，从而使相位

4、衬度得以显示出来。同时还可看出：n为基数时，衬度为正；n为偶数时，衬度为负；η≠（2n-1）时，有可能无衬度。这就说明，Δf值不同，象可能出现也可能消失，衬度可正可负。因此分析相位衬度相时，必须知道成象条件，否则就有可能对象做出错误的判断。希望直接看到人类在更早的年代曾经设想过的组成固体（晶体）材料的基本粒子原子或分子。这个愿望因1956年门特(J.W.Menter)在分辨率为0.8nm的电镜上拍到了酞氰铂点阵平面间距为1.2nm的(20-1)晶格像而实现了。日本学者饭岛(S.Iijima)于1974年首次用高分辨电

5、子显微术拍到了Ti2Ni10O29的二维晶格像，将晶体结构与电子显微像结合起来，指出高分辨像中的一个亮点对应于晶体结构中电子束入射方向的一个通道。此后柯勒(J.W.Cowley)给出了理论解释并发展了一套像模拟计算方法。而这个方法的最早理论基础多片层法，也是柯勒等人早在1957年建立起来的。高分辨电子显微图像可以分为三种类型晶格像:提供晶体结构周期的信息，有严格的对应关系。根据除透射束外选取参加成像的衍射束的多少，图像上表现为一组或多组平行等距的条纹。条纹的方向垂直于对应的成像衍射束倒易矢的方向，条纹间距等于该衍射束

6、代表的晶面间距。晶体中存在的缺陷，使图像上的条纹衬度出现异常，例如中断、弯曲、甚至间距也发生改变。条纹像衬对缺陷十分敏感。结构像:既可以反映晶格周期，也可反映晶体结构的更小的细节，如原子或原子团的位置。金属原子在像上表现为黑点，原子间的通道则呈亮色。单个原子像：它可以反映出孤立存在的原子。孪晶Si在蓝宝石膜上外延生长的界面HREM结构像<001>Si//B相界面完全处于非共格状态。由于它们体弹性模量不同,TiC在析出后长大过程中，仍然在基体中引起一定程度的应变〔如简头所示的暗区)。左侧白色虚线区域为层错Si4N4与S

7、iC晶界的高分辨TEM像在电子束具有良好相干性条件下拍摄的晶界高分辨结构像。箭头所指区域为孪晶.A为晶界1原理概述高分辨电子显徽术是一种基于相位衬度成像机制的成像技术。（1）透射函数相位相同的入射电子束受晶体势场的调制，在试样下表面各点，形成了携带结构信息的振幅和相位均不同的电子波场。在加速电压E下，运动电子的波长，由下式表示:式中，h-普朗克常数，m-电子质量，e-电子电荷。晶体由原子作三维周期排列，原子由原子核和周围的轨道电子组成。因此晶体中存在着一个周期分布的势场V(x，y，z)，电子束通过试样的过程，必然同时

8、受到E和V的作用，使波长由λ变成λ’（1）（2）如果电子束通过试样时，只发生相位变化，而认为振幅无变化、这样的试样称为弱相位体。在电压很高，加速电场很大，对非常薄的试样，就可以看成弱相位体。在这种情况下，还可假定电子束仅有沿其入射方向（Z）的运动。于是通过一个薄层dz后的电子波,由于势场作用产生一个相位移：（3）到达试样下表面时，各点P1、P2